Wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het detecteren van zuurstof in atmosferen van exoplaneten die de zoektocht naar leven kan versnellen.

Een mogelijke indicatie van het leven, of biohandtekening, is de aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer van een exoplaneet. Zuurstof wordt gegenereerd door het leven op aarde wanneer organismen zoals planten, algen, en cyanobacteriën gebruiken fotosynthese om zonlicht om te zetten in chemische energie.

UC Riverside hielp bij het ontwikkelen van de nieuwe techniek, die NASA's James Webb Space Telescope zal gebruiken om een ​​sterk signaal te detecteren dat zuurstofmoleculen produceren wanneer ze botsen. Dit signaal zou wetenschappers kunnen helpen onderscheid te maken tussen levende en niet-levende planeten.

Sinds exoplaneten, die om andere sterren dan onze zon draaien, zijn zo ver weg, wetenschappers kunnen niet op zoek gaan naar tekenen van leven door deze verre werelden te bezoeken. In plaats daarvan, ze moeten een geavanceerde telescoop zoals Webb gebruiken om te zien wat zich in de atmosferen van exoplaneten bevindt.

"Vóór ons werk, zuurstof op vergelijkbare niveaus als op aarde werd verondersteld niet detecteerbaar te zijn met Webb, "Zei Thomas Fauchez van NASA's Goddard Space Flight Center en hoofdauteur van de studie. "Dit zuurstofsignaal is sinds het begin van de jaren tachtig bekend van atmosferische studies van de aarde, maar is nooit onderzocht voor onderzoek naar exoplaneten."

UC Riverside-astrobioloog Edward Schwieterman stelde oorspronkelijk een vergelijkbare manier voor om hoge concentraties zuurstof van niet-levende processen te detecteren en was lid van het team dat deze techniek ontwikkelde. Hun werk is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurastronomie .

"Zuurstof is een van de meest opwindende moleculen om te detecteren vanwege de link met het leven, maar we weten niet of leven de enige oorzaak is van zuurstof in een atmosfeer, "Zei Schwieterman. "Met deze techniek kunnen we zuurstof vinden in zowel levende als dode planeten."

Wanneer zuurstofmoleculen met elkaar botsen, ze zorgen ervoor dat delen van het infraroodlichtspectrum niet kunnen worden gezien door een telescoop. Door patronen in dat licht te onderzoeken, ze kunnen de samenstelling van de atmosfeer van de planeet bepalen.

Schwieterman hielp het NASA-team te berekenen hoeveel licht zou worden geblokkeerd door deze zuurstofbotsingen.

Intrigerend, sommige onderzoekers stellen dat zuurstof er ook voor kan zorgen dat een exoplaneet leven lijkt te herbergen als dat niet het geval is, omdat het zich kan ophopen in de atmosfeer van een planeet zonder enige levensactiviteit.

Als een exoplaneet te dicht bij zijn moederster staat of te veel sterlicht ontvangt, de atmosfeer wordt erg warm en verzadigd met waterdamp van verdampende oceanen. Dit water zou dan door sterke ultraviolette straling kunnen worden afgebroken tot atomaire waterstof en zuurstof. Waterstof, wat een licht atoom is, ontsnapt heel gemakkelijk naar de ruimte, de zuurstof achterlatend.

Overuren, dit proces kan ertoe leiden dat hele oceanen verloren gaan terwijl er een dikke zuurstofatmosfeer wordt opgebouwd - meer zelfs, dan door het leven gemaakt zou kunnen worden. Dus, overvloedige zuurstof in de atmosfeer van een exoplaneet betekent niet noodzakelijkerwijs overvloedig leven, maar kan in plaats daarvan wijzen op een geschiedenis van waterverlies.

Schwieterman waarschuwt dat astronomen nog niet zeker weten hoe wijdverbreid dit proces op exoplaneten kan zijn.

"Het is belangrijk om te weten of en hoeveel dode planeten zuurstof in de lucht genereren, zodat we beter kunnen herkennen wanneer een planeet leeft of niet, " hij zei.

Schwieterman is visiting postdoctoral fellow bij UCR en gaat binnenkort aan de slag als universitair docent astrobiologie bij de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen.

Het onderzoek ontving financiering van Goddard's Sellers Exoplanet Environments Collaboration, die gedeeltelijk wordt gefinancierd door het Internal Scientist Funding Model van de NASA Planetary Science Division. Dit project heeft ook financiering ontvangen van het Horizon 2020-onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie in het kader van de Marie Sklodowska-Curie Grant, het NASA Astrobiology Institute Alternative Earths-team, en het NExSS Virtual Planetary Laboratory.

Webb wordt 's werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer het in 2021 wordt gelanceerd. Het zal wetenschappers in staat stellen mysteries in ons zonnestelsel op te lossen, kijk naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin.